[導讀]摘 要：土壤的土壤水分和環境溫度都在一定程度上影響著植物的生長。為了實現對土壤墑情長時間的墑情設計連續監測，文中對 采用主從結構的遠程土壤墑情采集系統軟件進行了設計。主要包含基于SI4432的監測無線射頻通信、基于SIM900A的系統GPRS（無線通 信）、上位機信息管理系統三部分。軟件測量系統的土壤主站與從站通過SI4432通信，主站收集各從站的墑情設計測量信息并通過GPRS通信上 傳到遠程服務器，墑情信息管理系統從服務器提取數據，遠程并進行相應的監測處理，直觀地顯示在用戶界面上，系統以實現遠程顯示及 監控，軟件為作物的土壤最佳灌溉時間提供參考。

0 引 言

水資源在農業生產中至關重要，墑情設計土壤水分含量是遠程影響農 作物生長過程的重要物理參數 [1]。土壤墑情監測系統能夠實 現對土壤墑情（土壤濕度）長時間的連續監測，通過對溫度、 濕度數據的大量采集與處理，繪制出相應的曲線，有利于詳 細分析土壤情況，對解決與土地相關行業出現的諸多問題有 著積極的作用 [2] 。

盡管我國各級相關土地部門在土地信息管理系統的構建 方面取得了較大進步，但是問題依然存在 [3]。例如，我國墑情 監測工作相對薄弱，土壤水分信息采集手段比較落后，系統各 方面建設的標準不統一，建設的內容不規范，取得的建設成 果千差萬別，這些都不利于管理和運維墑情信息系統的工作 [4]。 本文設計了土壤墑情管理系統，用以取代傳統的人工采集、處 理土壤信息方法，實現對土地情況高效、便利的檢測，實行 遠程實時監控，為作物的最佳灌溉時間提供參考。

1 土壤墑情監測系統結構

本文設計的土壤水分測量系統包括主站數據采集和從站 數據測量兩部分，如圖 1 所示。每個從站傳感器包含數字溫 度傳感器和土壤水分傳感器，分別用來采集土壤的溫度和水分 信息，并將采集到的數據通過 SI4432 傳輸給主站采集器，由 主站通過 GPRS 統一將信息發送至遠程服務器。

2 監測系統無線數據傳輸模塊

2.1 主從站無線通信模塊

主站與從站之間采用無線射頻模塊 SI4432 進行數據傳 輸。其中 SI4432 是高度集成的單芯片無線 ISM 收發器件。 EZRadioPRO 系列包括發射機、接收機和射頻收發器，設計 工程師可以選擇利用其中的無線部分。SI4432 的高度集成可 以降低 BOM，同時簡化整體設計。極低的接收靈敏度，加上 工業界領先的 +20 dBm 輸出功率，內置天線多樣化和支持跳 頻 [5]，保證了傳輸范圍和穿透能力。

主站傳感器具有數據采集器的功能，每個主站與多個從 站進行通信，主從站之間通過 SI4432 無線收發模塊的廣播通 信協議進行數據傳輸。主站不斷廣播，廣播的信息結構為從 站地址及對應的配置信息，如 AY3600，其中第 1 個字節 A 表示從站編號，第 2 個字節 Y 表明是否更改測量周期，Y 表 示更改，N 表示不更改 ；數據 3 600（s）表示更改后的測量周 期。主站廣播流程如圖 2 所示。

從站傳感器數據測量完畢后等待主站廣播，收到廣播本 站地址后立即反饋信息給主站，兩者建立通信，接收主站發送 的配置信息并解析，之后發送測量數據給主站，直至收到主站 確認數據正確接收的信息后，結束與主站的通信，從站進入待 機模式，等待下一次喚醒測量。從站應答流程如圖 3 所示。

2.2 基于 SIM900 的 GPRS無線通信

主站采集器對各從站發來的測量數據進行處理后，通 過 GPRS 無線傳輸將信息上傳至遠程服務器，同時上位機也 將參數修改信息返回到主站。本設計采用的無線傳輸模塊為SIM900A。SIM900A 是 SIMCOM 公司研發的工 業級 雙 頻 GSM/GPRS 模塊，工作頻段為雙頻 900/1 800 MHz，可以低 功耗實現語音，SMS（短信，不支持彩信），數據和傳真信息 的傳輸 [6]。GPRS 有許多優勢，包括資源利用率高、傳輸速率 高、接入時間短、支持 IP 協議和 X.25 協議等 [7]。

主站通過 GPRS 傳輸到數據庫的信息主要有三種，分別 是獲取參數修改信息請求、土壤墑情信息、傳感器地理位置 信息。為了便于區分，這三種信息請求分別有各自的標識。獲 取參數修改信息請求的標識是“44”，土壤墑情信息的標識是 “33”，采集器地理位置信息的標識是“22”。通過識別這三種 信息的標識來判斷其區別，進而服務器對其分別進行處理，具 體流程如圖 4 所示。

3 土壤墑情信息管理模塊

土壤墑情信息管理系統主要是面對用戶需求的上位機操 作系統，用來滿足用戶多方面的需求 [8]。用 HTML 編寫動態 Web 網頁界面，并在 HTML 中嵌入 PHP 語言編寫的后臺運行 代碼，操作云端 MySQL 數據庫的數據信息，并借助一些組件 來完成數據的處理操作 [9]。概括來說，整個系統的設計主要 分為三個方面，即前臺網頁界面、后臺數據信息識別與處理及 MySQL 數據庫。

土壤墑情信息管理系統的初始界面應當簡潔、明了，通 過超鏈接的方式打開該系統的數據顯示以及參數修改界面， 如圖 5 所示。

參數設置界面主要用于輸入修改的參數，并將這些參數 通過后臺代碼傳輸到數據庫并存儲。參數修改界面如圖6所示。

數據的顯示功能實現流程如圖 7 所示。

歷史數據顯示界面的傳感器位置信息等都可以實時顯示。 通過點擊歷史數據顯示界面的“實時數據顯示”，就可以運用超鏈接跳轉到實時數據顯示界面，該界面的主要樣式如圖 8 所示。

在歷史數據顯示界面中選取所需數據的傳感器編號后， 能夠自動實時顯示所選取傳感器設備檢測到的最新數據信息， 并且可以以折線圖的形式顯示不同節點數據的變化趨勢。包括 歷史數據顯示界面的地理位置信息，通過設置 500 ms/ 次的 掃描，確保數據的快速動態更新。為了動態地獲取 PHP 后臺 程序返回的數組信息，HTML 網頁程序需要調用 JavaScript 中 的 $.ajax 方法。

4 結 語

本文將從站傳感器與主站采集器相結合，利用無線射頻 模塊 SI4432 進行通信，采用信息應答方式確保兩者之間信息 的正確傳輸。主站采集器利用 GPRS 無線通信方式將數據發 送至遠程服務器，為實現遠程監控帶來極大便利。上位機的 墑情信息管理系統以 MySQL 數據庫為核心，通過 PHP 后臺 程序與數據檢測端進行信息交互，將土壤水分傳感器檢測到 的信息數據存儲到 MySQL 數據庫，并將傳感器的參數設置 信息發送到下位機。同時通過 HTML 構建 Web 動態網頁即上 位機界面，利用嵌入的 PHP 后臺程序完成數據信息的處理， 實現 Web 網頁與 MySQL 數據庫的信息交互，完成滿足用戶 需求的數據顯示工作。